RU2286639C1 - Method for no-break power supply to users of power system operating with unstable energy sources - Google Patents
Method for no-break power supply to users of power system operating with unstable energy sources Download PDFInfo
- Publication number
- RU2286639C1 RU2286639C1 RU2005113576/09A RU2005113576A RU2286639C1 RU 2286639 C1 RU2286639 C1 RU 2286639C1 RU 2005113576/09 A RU2005113576/09 A RU 2005113576/09A RU 2005113576 A RU2005113576 A RU 2005113576A RU 2286639 C1 RU2286639 C1 RU 2286639C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- energy
- power
- network
- source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к области электроснабжения потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей от нестабильных, преимущественно возобновляемых, источников энергии, например, ветроэлектрических автономных установок или автономных гидроэлектрических станций малой мощности.The invention relates to the electric power industry, in particular to the field of power supply to consumers connected to an electric power system operating from unstable, mainly renewable, energy sources, for example, wind power autonomous installations or autonomous hydroelectric power stations of low power.
Известен, принятый за прототип, способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии - патент РФ №2153752 H 02 J 3/28, 3/32, включающий преобразование энергии возобновляемых источников в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенераторов переменного тока, преобразование посредством выпрямителей энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения постоянного тока, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе, заряжаемом указанным постоянным током, преобразование с помощью инвертора электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока и выдачу ее на нагрузку потребителю. При этом управление режимом работы генератора производят путем изменения емкостного сопротивления аккумулятора в процессе его зарядки при поддержании величины напряжения зарядки, заданной в диапазоне между минимальной и максимальной величинами напряжения на нагрузке потребителя. Причем емкость аккумулятора рассчитывается по величине суточного потребления энергии нагрузкой потребителя. При использовании данного способа могут использоваться несколько источников энергии, каждый из которых подвергается преобразованию переменного напряжения в постоянное, и суммирование энергии в общем аккумуляторе, имеющем огромную емкость, рассчитанную на суточное потребление. Управление режимом работы генераторов путем изменения емкости аккумулятора при поддержании напряжения зарядки приводит к изменению тока зарядки. Это и позволяет аккумулятору выступать в роли исполнительного устройства системы регулирования, которая стабилизирует колебания генерируемой энергии. Здесь ток зарядки, при постоянном напряжении зарядки, равен разности между током источников и током нагрузки.A known, adopted as a prototype, a method of uninterrupted power supply to consumers of an electric power system operating on renewable energy sources - RF patent No. 2153752 H 02 J 3/28, 3/32, including the conversion of renewable energy into electrical energy of alternating current using alternating current generators, conversion by means of rectifiers of alternating current energy into direct current energy, stabilization of direct current voltage, accumulation of direct current energy in a battery, charge emom said direct current transformation using DC electrical energy into electric energy of the inverter AC and issuing it to the consumer load. At the same time, the generator operating mode is controlled by changing the capacitance of the battery during charging while maintaining the value of the charging voltage specified in the range between the minimum and maximum voltage values at the consumer load. Moreover, the battery capacity is calculated by the value of the daily energy consumption by the load of the consumer. When using this method, several energy sources can be used, each of which is subjected to the conversion of alternating voltage to constant, and the summation of energy in a common battery having a huge capacity, designed for daily consumption. Control of the operation mode of the generators by changing the battery capacity while maintaining the charging voltage leads to a change in the charging current. This allows the battery to act as an executive device of the regulation system, which stabilizes the fluctuations of the generated energy. Here, the charging current, at a constant charging voltage, is equal to the difference between the source current and the load current.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются - способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на нестабильных источниках энергии, включает преобразование энергии нестабильного источника в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока и накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе.The essential features of the prototype, which coincides with the essential features of the claimed invention, are a method of uninterrupted power supply to consumers of an electric power system operating on unstable energy sources, which includes converting the energy of an unstable source into alternating current electric energy using an alternating current generator and accumulating direct current energy in a battery.
Способ-прототип обеспечивает бесперебойное электроснабжение потребителей, однако характеризуется низким коэффициентом использования энергии нестабильного (возобновляемого) источника для случая, когда мощность его меньше расчетной номинальной мощности. Это объясняется тем, что за счет применения стабилизаторов напряжения и параллельного подключения выходов стабилизаторов и шин питания аккумуляторной батареи энергия генератора с пониженной мощностью, когда его выпрямленное напряжение меньше напряжения стабилизации, не передается в аккумулятор.The prototype method provides uninterrupted power supply to consumers, however, it is characterized by a low coefficient of energy use of an unstable (renewable) source for the case when its power is less than the rated rated power. This is due to the fact that due to the use of voltage stabilizers and parallel connection of the outputs of the stabilizers and busbars of the battery, the energy of the generator with reduced power, when its rectified voltage is less than the stabilization voltage, is not transmitted to the battery.
Энергия такого генератора также не передается и в нагрузку, поскольку нагрузка питается через инвертор от аккумулятора во всех режимах генератора. Последнее замечание также указывает на другой существенный недостаток, а именно в энергетической системе расчет аккумулятора и инвертора ведется из условия максимальной мощности нагрузки потребителя. Точнее, емкость аккумулятора должна быть столь огромной, что стоимость аккумулятора и его обслуживание становятся сравнимы со стоимостью, например, ветроэлектрической установки. Причем, двойное преобразование энергии (из переменного тока в постоянный и затем обратно) при малых мощностях также снижает коэффициент использования энергии. Таким образом, способ-прототип имеет недостаток, который проявляется при всех режимах генератора возобновляемой энергии.The energy of such a generator is also not transferred to the load, since the load is fed through the inverter from the battery in all modes of the generator. The last remark also indicates another significant drawback, namely in the energy system, the calculation of the battery and inverter is carried out from the condition of the maximum load power of the consumer. More precisely, the battery capacity should be so huge that the cost of the battery and its maintenance become comparable to the cost, for example, of a wind-electric installation. Moreover, the double conversion of energy (from alternating current to direct and then back) at low powers also reduces the energy utilization factor. Thus, the prototype method has a disadvantage that manifests itself in all modes of a renewable energy generator.
Предлагаемым способом решается техническая задача расширения диапазона используемых мощностей нестабильных, преимущественно возобновляемых источников энергии, при высоком коэффициенте использования энергии источников и использовании аккумулятора со значительно меньшей емкостью.The proposed method solves the technical problem of expanding the range of used capacities of unstable, mainly renewable energy sources, with a high coefficient of energy use of sources and the use of a battery with a significantly lower capacity.
Для достижения указанного технического результата в способе бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей от нестабильного источника энергии, включающем преобразование энергии нестабильного источника в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока и накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе, стабилизацию частоты напряжения сети осуществляют при помощи регулируемой емкостной матрицы с двунаправленными ключами, номиналы конденсаторов которой выбраны из соотношения 8-4-2-1, которой управляют аналого-цифровой схемой фазочастотной автоподстройки частоты сети к частоте опорного генератора промышленной частоты (ФАПЧ-полоска), а стабилизацию амплитуды осуществляют за счет модуляции напряжения сети широтно-импульсным модулятором, причем коммутацию емкостной матрицы и сети к источнику постоянного тока выполняют двумя тиристорными ключевыми мостами, диагонали постоянного тока которых подключены к аккумулятору через транзистор, которым управляют широтно-импульсным модулятором, а диагонали переменного тока мостов подключены к сети переменного тока и к емкостной матрице соответственно.To achieve the specified technical result in a method of uninterrupted power supply to consumers of an electric power system operating from an unstable energy source, which includes converting the energy of an unstable source into alternating current electric energy using an alternating current generator and accumulating direct current energy in a battery, stabilizing the network voltage frequency is carried out using an adjustable capacitive matrix with bidirectional keys, the capacitors of which oh selected from a ratio of 8-4-2-1, which is controlled by an analog-to-digital phase-locked loop circuit of the network frequency to the frequency of the reference industrial frequency generator (PLL-strip), and the amplitude stabilization is carried out by modulating the network voltage with a pulse-width modulator, and switching a capacitive matrix and a network to a constant current source are performed by two thyristor key bridges, the direct current diagonals of which are connected to the battery through a transistor controlled by a pulse-width modulator, and the diagonals of the alternating current of the bridges are connected to the alternating current network and to the capacitive matrix, respectively.
Отличительными признаками предлагаемого способа являются - стабилизацию частоты напряжения сети осуществляют при помощи регулируемой емкостной матрицы с двунаправленными ключами, номиналы конденсаторов которой выбраны из соотношения 8-4-2-1, которой управляют аналого-цифровой схемой фазочастотной автоподстройки частоты сети к частоте опорного генератора промышленной частоты, а стабилизацию амплитуды осуществляют за счет модуляции напряжения сети широтно-импульсным модулятором, причем коммутацию емкостной матрицы и сети к источнику постоянного тока выполняют двумя тиристорными ключевыми мостами, диагонали постоянного тока которых подключены к аккумулятору через транзистор, которым управляют широтно-импульсным модулятором, а диагонали переменного тока мостов подключены к сети переменного тока и к емкостной матрице соответственно.The distinguishing features of the proposed method are stabilization of the network voltage frequency using an adjustable capacitive matrix with bidirectional switches, the capacitors of which are selected from a ratio of 8-4-2-1, which is controlled by an analog-to-digital phase-locked loop for adjusting the network frequency to the frequency of the industrial frequency reference generator and amplitude stabilization is carried out by modulating the network voltage with a pulse-width modulator, and switching the capacitive matrix and the network to the source DC currents are performed by two thyristor key bridges, the DC diagonals of which are connected to the battery through a transistor, which are controlled by a pulse-width modulator, and the AC diagonals of the bridges are connected to the AC network and to the capacitive matrix, respectively.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков (в совокупности с известными из прототипа) в электроэнергетичекой системе с генератором переменного тока, вращение которого обусловлено источником нестабильной энергии, достигается следующий технический результат:Due to the presence of these distinctive features (in conjunction with those known from the prototype) in an electric power system with an alternator, the rotation of which is due to a source of unstable energy, the following technical result is achieved:
- для стабилизации напряжения электроэнергетической системы требуется меньшая емкость аккумуляторной батареи, которая подключается лишь в случаях существенных провалов мощности нестабильного (возобновляемого) источника. Причем в этих режимах энергия возобновляемого источника также идет в сеть в отличие от прототипа, тем самым энергия источника суммируется с энергией аккумуляторной батареи;- to stabilize the voltage of the electric power system, a smaller battery capacity is required, which is connected only in cases of significant power failures of an unstable (renewable) source. Moreover, in these modes, the energy of the renewable source also goes to the network, unlike the prototype, thereby the energy of the source is added to the energy of the battery;
- в случае применения данного способа к ветроэлектрической энергетической системе стабилизация напряжения сети поворотом лопасти не требуется, остается лишь низкочастотный поворот лопасти с целью ограничения нагрузок на установку;- in the case of applying this method to a wind power system, stabilization of the mains voltage by turning the blade is not required, only the low-frequency rotation of the blade remains in order to limit installation loads;
- коэффициент использования энергии возобновляемого источника повышается за счет исключения двойного преобразования энергии АС-ДС-АС и за счет суммирования энергии от аккумулятора с энергией возобновляемого источника в режимах малой его мощности;- the coefficient of energy use of a renewable source is increased by eliminating the double conversion of AC-DS-AC energy and by summing the energy from the battery with the energy of the renewable source in low power modes;
- появляется возможность использования ветроэлектрических установок в условиях нестабильных ветров или гидроэлектрических станций малой мощности в условиях нестабильных течений или уровней воды, поскольку используется даже малая их энергия.- it becomes possible to use wind power installations in conditions of unstable winds or hydroelectric power stations of low power in conditions of unstable currents or water levels, since even their small energy is used.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемый способ бесперебойного энергоснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию охраноспособности "новое".As a result of a search by sources of patent and scientific and technical information, a set of features characterizing the proposed method of uninterrupted power supply to consumers of an electric power system operating on renewable energy sources was not found. Thus, the proposed method meets the eligibility criterion of "new."
На основании сравнительного анализа предлагаемого способа с известным уровнем техники по источникам научно-технической и патентной информации можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе и отличительных, и выполняемых ими функций и достигаемых целей наблюдается неочевидная причинно-следственная связь. На основании изложенного можно утверждать, что предлагаемый способ не следует явным образом из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности "изобретательский уровень".Based on a comparative analysis of the proposed method with the prior art according to the sources of scientific, technical and patent information, it can be argued that between the totality of signs, including distinctive, and the functions performed by them and the goals achieved, an unobvious causal relationship is observed. Based on the foregoing, it can be argued that the proposed method does not follow explicitly from the prior art and, therefore, meets the eligibility criterion of "inventive step".
Предложенное решение может найти применение в электроэнергетике для бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей, подключенных к автономным электроэнергетическим системам, работающим от нестабильных, преимущественно возобновляемых источников энергии, особенно в ветроэнергетике. Поэтому это решение соответствует критерию "промышленно применимо".The proposed solution may find application in the electric power industry for uninterrupted power supply to responsible consumers connected to autonomous electric power systems operating from unstable, mainly renewable energy sources, especially in wind energy. Therefore, this solution meets the criterion of "industrially applicable".
Предложенный способ реализуется приведенной схемой. Причем показана одна фаза сети. Для трехфазной сети требуются 3 независимые схемы.The proposed method is implemented by the above scheme. Moreover, one phase of the network is shown. A three-phase network requires 3 independent circuits.
На схеме обозначены: 1 - электрогенератор переменного тока промчастоты (источник возобновляемой энергии), 2 - емкостная матрица с ключами, 3 и 4 - тиристорные мосты №1 и №2, 5 - транзисторный ключ, 6 - источник постоянного тока - аккумуляторная батарея, 7 - источник постоянного тока - дизель-генератор, 8 - шим-модулятор, 9 - схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), 10 - датчик частоты сети.The diagram shows: 1 - industrial frequency alternating current generator (renewable energy source), 2 - capacitive matrix with keys, 3 and 4 - thyristor bridges No. 1 and No. 2, 5 - transistor switch, 6 - direct current source - rechargeable battery, 7 - direct current source - diesel generator, 8 - PWM modulator, 9 - phase locked loop (PLL), 10 - network frequency sensor.
Выходная обмотка электрогенератора 1 и емкостная матрица с ключами 2 включены в выходные диагонали (диагонали переменного тока) мостовых тиристорных схем 3 и 4 соответственно. Тиристорные мосты 3 и 4 через транзисторный ключ 5 диагональю постоянного тока (входной) подключены к источнику постоянного тока 6 или 7. Транзисторный ключ 5 управляется шим-модулятором 8.The output winding of the generator 1 and the capacitive matrix with the keys 2 are included in the output diagonals (diagonals of alternating current) of the bridge thyristor circuits 3 and 4, respectively. Thyristor bridges 3 and 4 through a transistor switch 5 with a diagonal of direct current (input) are connected to a source of direct current 6 or 7. The transistor switch 5 is controlled by a PWM modulator 8.
Управление емкостной матрицей 2 и шим-модулятором 8 осуществляет схема фазовой автоподстройки частоты 9. Эта же схема 9 формирует сигналы переключения для тиристорных мостов 3 и 4. Схема ФАПЧ 9 работает по сигналам с датчика частоты сети 10.The capacitive matrix 2 and the PWM modulator 8 are controlled by a phase-locked loop of frequency 9. The same circuit 9 generates switching signals for thyristor bridges 3 and 4. The PLL 9 operates by signals from the network frequency sensor 10.
Стабилизация частоты сети осуществляется схемой ФАПЧ 9, исполнительным элементом которой является емкостная матрица 2. Емкостная матрица 2 выполнена из n параллельно соединенных цепей, каждая из которых представляет собой последовательное соединение двунаправленного силового ключа и конденсатора. Номиналы каждого i-го конденсатора выбраны в двоичном коде, т.е. Сi=2Ci-1. Тиристорные мосты 3 и 4 подключают конденсаторную матрицу 2 параллельно сети в режимах превышения энергии возобновляемого источника энергии 1 (ток генератора 1 больше тока нагрузки). Для этих режимов характерно увеличение оборотов генератора 1. При параллельном подключении к обмотке генератора 1 регулируемой емкости 2 изменяется фаза между вектором тока и вектором напряжения сети (изменяется реактивная мощность потерь сети, расходуемая на перезаряд конденсатора). Схема ФАПЧ 9 по цепи обратной связи (датчик 10) определяет рассогласование фаз между сетью и собственным опорным генератором промышленной частоты 1 с помощью собственного фазового выпрямителя или схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Выходной сигнал фазового выпрямителя фильтруется, преобразовывается в цифровой код и этим кодом управляется емкостная матрица 2 (к сети подключается определенная комбинация конденсаторов через тиристорные мосты 3 и 4). Увеличение тока генератора 1 ведет к увеличению емкости, подключенной к сети батареи конденсаторов, что увеличивает потери реактивной мощности, что в свою очередь накладывает больший момент на вал генератора 1, что приводит к уменьшению оборотов его (вала и к уменьшению частоты напряжения сети. Налицо стабилизирующая отрицательная обратная связь, подобная связи в ФАПЧ-схемах. Роль генератора, управляемого напряжением (ГУН), здесь играет регулируемая емкостная матрица 2 совместно с генератором 1.The frequency stabilization of the network is carried out by the PLL 9, the executive element of which is a capacitive matrix 2. Capacitive matrix 2 is made of n parallel-connected circuits, each of which is a serial connection of a bi-directional power switch and capacitor. The values of each i-th capacitor are selected in binary code, i.e. With i = 2 Ci-1 . Thyristor bridges 3 and 4 connect the capacitor matrix 2 in parallel with the network in excess modes of the energy of the renewable energy source 1 (the current of the generator 1 is greater than the load current). These modes are characterized by an increase in the speed of the generator 1. When the adjustable capacitance 2 is connected to the winding of the generator 1 in parallel, the phase between the current vector and the voltage vector of the network changes (the reactive power of the network losses spent on the capacitor recharge changes). The PLL 9 in the feedback circuit (sensor 10) determines the phase mismatch between the network and its own industrial frequency reference generator 1 using its own phase rectifier or an EXCLUSIVE OR circuit. The output signal of the phase rectifier is filtered, converted into a digital code and the capacitive matrix 2 is controlled by this code (a certain combination of capacitors is connected to the network through thyristor bridges 3 and 4). An increase in the current of the generator 1 leads to an increase in the capacitance connected to the capacitor bank network, which increases the loss of reactive power, which in turn imposes a larger moment on the shaft of the generator 1, which leads to a decrease in its speed (shaft and to a decrease in the frequency of the mains voltage. negative feedback, similar to the PLL circuit, The role of the voltage-controlled oscillator (VCO) is played by an adjustable capacitive matrix 2 together with generator 1.
Для режимов, когда ток генератора 1 меньше тока нагрузки, ключ 5 подключает тиристорные мосты 4 и 3 с матрицей 2 и электрогенератором 1 к источнику постоянного тока 6 или 7. Причем пока напряжение источника 6 (аккумуляторная батарея) находится в пределах номинального, дизель-генератор 7 не запущен. При падении этого напряжения ниже допуска, последний запускается и своим напряжением закрывает выход источника 6.For modes when the generator 1 current is less than the load current, the key 5 connects the thyristor bridges 4 and 3 with the matrix 2 and the electric generator 1 to the DC source 6 or 7. Moreover, while the voltage of the source 6 (battery) is within the nominal, diesel generator 7 is not running. When this voltage drops below the tolerance, the latter starts up and closes the output of source 6 with its voltage.
Конденсаторная матрица 2 в этих режимах играет роль дополнительного коммутатора тиристоров рабочего моста 3 и схема силовая приобретает функции инвертора, включающего тиристорный мост 3 с транзистором 5, в котором находится нагрузка - обмотка генератора 1. Транзисторный ключ 5 коммутируется в широтно-импульсном режиме с частотой опорного генератора промышленной сети схемы ФАПЧ 9. В емкостной матрице 2 в этом режиме установлена минимальная емкость. Транзисторный ключ 1 обеспечивает шим-волну синусоидального напряжения сети даже при полном исчезновении энергии возобновляемого источника 1. Здесь в сеть передается энергия источника постоянного тока - аккумуляторной батареи 6.The capacitor matrix 2 in these modes plays the role of an additional thyristor switch of the working bridge 3 and the power circuit acquires the functions of an inverter including a thyristor bridge 3 with transistor 5, in which the load is located - the winding of the generator 1. Transistor switch 5 is switched in pulse-width mode with a reference frequency PLL 9. Industrial network generator. In capacitive matrix 2, the minimum capacity is set in this mode. The transistor switch 1 provides a PWM wave of the sinusoidal voltage of the network even with the complete disappearance of the energy of the renewable source 1. Here, the energy of the DC source - the battery 6 - is transmitted to the network.
Переход из одного режима в другой по данному способу происходит автоматически. Уменьшение частоты переводит силовую схему в режим инвертора той же схемой ФАПЧ 9. Благодаря указанному, кратковременные провалы и превышения тока генератора 1 стабилизируются данным способом с полосой пропускания ωn не хуже половины частоты сети ωс, т.е. ωn=0.5 ωс. Такое быстродействие позволяет иметь не очень большую емкость аккумулятора 6. В основном емкость аккумулятора 6 будет определяться временем, необходимым для выхода на режим дизель-генератора 7.The transition from one mode to another by this method occurs automatically. Reducing the frequency puts the power circuit in inverter mode using the same PLL 9. Due to the above, short-term dips and excess currents of the generator 1 are stabilized by this method with a passband ω n not worse than half the network frequency ω s , i.e. ω n = 0.5 ω s . This speed allows you to have a not very large capacity of the battery 6. Basically, the capacity of the battery 6 will be determined by the time required to enter the diesel generator 7 mode.
Рассмотрим работу энергетической системы в трех режимах:Consider the work of the energy system in three modes:
1. Режим большой мощности.1. High power mode.
2. Режим номинальной мощности и ниже.2. Rated power mode and below.
3. Режим длительного отсутствия мощности возобновляемого источника.3. The regime of prolonged lack of power of a renewable source.
1. Режим большой мощности.1. High power mode.
В этом режиме аккумуляторная батарея 6 отключается от конденсаторных матриц 2. Аккумуляторная батарея 6 подключается к зарядному устройству (на схеме не показано) небольшой мощности, которое запитано от энергетической сети. Заряд конденсаторной матрицы 2 осуществляется исключительно от энергетической сети. Разряд ее также осуществляет сеть, тем самым излишняя энергия сети тратится на заряд-разряд конденсаторных батарей матрицы 2, причем чем больше избыточная мощность сети, тем больше будет уходить частота сети от заданной опорным генератором ФАПЧ 9, тем больше выходное напряжение, отфильтрованное на выходе фазового выпрямителя ФАПЧ 9.In this mode, the battery 6 is disconnected from the capacitor matrices 2. The battery 6 is connected to a small power charger (not shown in the diagram), which is powered from the power network. The capacitor matrix 2 is charged exclusively from the power grid. The discharge is also carried out by the network, thereby the excess network energy is spent on the charge-discharge of the matrix 2 capacitor banks, and the greater the excess power of the network, the more the network frequency will go away from the PLL 9 set by the reference generator, the higher the output voltage filtered at the phase output PLL rectifier 9.
Напряжение фазового выпрямителя ФАПЧ 9 может быть оцифровано, и полученным кодом управляется конденсаторная матрица 2. Большему напряжению выпрямителя соответствует большая емкость, подключаемая к сети для заряда-разряда. Знак напряжения на выходе фазового выпрямителя ФАПЧ 9 указывает на подключение заряженной матрицы конденсаторов 2 к сети в фазе или в противофазе сетевого напряжения.The voltage of the PLL phase rectifier 9 can be digitized, and the capacitor matrix 2 is controlled by the resulting code. The higher voltage of the rectifier corresponds to a large capacitance connected to the network for charge-discharge. The voltage sign at the output of the PLL phase rectifier 9 indicates the connection of a charged matrix of capacitors 2 to the network in phase or out of phase of the mains voltage.
В данном режиме заряженные конденсаторы матрицы 2 будут подключаться в противофазе. В этом режиме конденсаторы играют роль балластной нагрузки. Реактивная мощность перезаряда конденсаторов тем больше, чем больше мощность возобновляемого источника 1 за счет увеличения величины емкости перезаряжаемой батареи 1. В этом смысле можно рассматривать контур LC, образованный индуктивностью генератора 1 и переменной подстраиваемой емкостью 2, как режекторный фильтр, настроенный на частоту задающего генератора (частоту промышленной сети). В этом режиме вся избыточная энергия источника возобновляемой энергии 1 тратится на реактивную мощность в перестраиваемом конденсаторе матрицы 2.In this mode, the charged capacitors of matrix 2 will be connected in antiphase. In this mode, capacitors play the role of a ballast load. The reactive capacity of the capacitor recharge is greater, the greater the power of the renewable source 1 due to the increase in the capacity of the rechargeable battery 1. In this sense, we can consider the LC circuit formed by the inductance of the generator 1 and the variable adjustable capacity 2, as a notch filter tuned to the frequency of the master oscillator ( industrial network frequency). In this mode, all the excess energy of the renewable energy source 1 is spent on reactive power in the tunable capacitor of the matrix 2.
Конденсаторные батареи матрицы 2 составлены параллельным соединением цепей, состоящих из последовательного соединения конденсатора и двунаправленного ключа (симистора), причем, например, для четырех цепей составленных из соотношения 8-4-2-1 имеем 15 ступеней регулирования емкости конденсаторной батареи 2. В этом смысле данный способ регулирования может быть отнесен к амплитудно-фазокодовой модуляции.The capacitor banks of the matrix 2 are made up of a parallel connection of circuits consisting of a series connection of a capacitor and a bi-directional key (triac), and, for example, for four circuits composed of a ratio of 8-4-2-1 we have 15 steps for regulating the capacitance of the capacitor bank 2. In this sense This method of regulation can be attributed to amplitude-phase code modulation.
2. Режим номинальной мощности.2. Rated power mode.
В этом режиме заряд конденсаторных батарей матрицы 2 может осуществляться как от сети возобновляемого источника 1, так и от аккумуляторной батареи 6, поскольку нестабильный возобновляемый источник 1 в этом режиме имеет как провалы мощности, так и превышения.In this mode, the charge of the capacitor banks of the matrix 2 can be carried out both from the network of the renewable source 1 and from the battery 6, since the unstable renewable source 1 in this mode has both power failures and excesses.
В случае превышения мощности способ работает так, как в режиме 1. В случае провалов мощности мосты 4 и 3 закрываются на время заряда. Тут же открываются на заряд двунаправленные ключи и емкостная батарея 2 подключается к аккумулятору 6. Чем больше провал мощности, тем больше уменьшение частоты генератора переменного тока возобновляемого источника 1, тем больший код на выходе схемы ФАПЧ 9, тем большая емкость батареи матрицы 2 подключается к аккумулятору 6. Большая емкость батареи заряженных конденсаторов матрицы 2 подключается к сети, образуя с индуктивностью сети LC-контур, в который добавляется энергия с частотой задающего генератора ФАПЧ 9. Перестройкой конденсатора матрицы 2 добиваются резонанса этого контура на частоте, равной промышленной. В данном режиме LC-контур выполняет роль полосового фильтра с коэффициентом передачи больше 1. Фактически данную систему в данном режиме можно классифицировать как резонансный активный электронный фильтр. Поскольку он настроен на частоту промышленной сети, то кратные гармонические составляющие напряжения сети будут значительно ниже основной.In case of excess power, the method works as in mode 1. In the event of power failures, bridges 4 and 3 are closed for the duration of the charge. Bidirectional keys are immediately opened for charging and the capacitive battery 2 is connected to the battery 6. The larger the power failure, the greater the decrease in the frequency of the alternating current generator of the renewable source 1, the larger the code at the output of the PLL 9, the larger the battery capacity of the matrix 2 is connected to the battery 6. The large capacity of the battery of charged capacitors of matrix 2 is connected to the network, forming an LC circuit with the network inductance, to which energy with the frequency of the PLL master oscillator is added 9. By tuning the capacitor 2 Ritsa achieve this resonance circuit at a frequency equal Industry. In this mode, the LC circuit acts as a band-pass filter with a gain of more than 1. In fact, this system in this mode can be classified as a resonant active electronic filter. Since it is tuned to the frequency of the industrial network, the multiple harmonic components of the network voltage will be significantly lower than the main one.
Если сравнивать такую схему с инвертором, то следует отметить, что в ней от аккумулятора 6 берется лишь недостающая часть энергии возобновляемого источника 1. При полном исчезновении напряжения с источника 1 схема выполнит функцию инвертора.If we compare such a circuit with an inverter, then it should be noted that only the missing part of the energy of the renewable source 1 is taken from the battery 6. If the voltage from source 1 disappears completely, the circuit will perform the function of an inverter.
Если ее сравнивать с регулированием переменного напряжения посредством поворота лопасти, то следует отметить ее значительно большее быстродействие. При этом емкость аккумулятора 6 рассчитывается из условия не суточного потребления, а из условия обеспечения провалов мощности возобновляемого источника 1, что на два порядка ниже.If we compare it with the regulation of alternating voltage by turning the blade, it should be noted its significantly greater speed. In this case, the capacity of the battery 6 is calculated from the condition of not daily consumption, but from the condition of ensuring power failures of the renewable source 1, which is two orders of magnitude lower.
3. Режим длительного отсутствия мощности возобновляемого источника.3. The regime of prolonged lack of power of a renewable source.
В этом режиме, поскольку изложенная система в течение десятков минут может работать от аккумулятора 6 и при этом выполнять роль инвертора, появляется возможность запустить дизель-генератор 7, подготовить его к синхронному подключению в сеть и питать сеть от дизель-генератора 7.In this mode, since the system described above can operate on battery 6 for tens of minutes and at the same time act as an inverter, it becomes possible to start the diesel generator 7, prepare it for synchronous connection to the network and power the network from the diesel generator 7.
Предложенный способ бесперебойного снабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии с электрогенераторами переменного тока, можно сравнить с некоторой самонастраивающейся сетью, на которую работают электрогенераторы, у которых фаза между током и напряжением во всех режимах поддерживается постоянной.The proposed method for uninterrupted supply of consumers of an electric power system operating on renewable energy sources with alternating current generators can be compared with some self-adjusting network, on which electric generators work, in which the phase between the current and voltage in all modes is kept constant.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113576/09A RU2286639C1 (en) | 2005-05-05 | 2005-05-05 | Method for no-break power supply to users of power system operating with unstable energy sources |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113576/09A RU2286639C1 (en) | 2005-05-05 | 2005-05-05 | Method for no-break power supply to users of power system operating with unstable energy sources |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2286639C1 true RU2286639C1 (en) | 2006-10-27 |
Family
ID=37438770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005113576/09A RU2286639C1 (en) | 2005-05-05 | 2005-05-05 | Method for no-break power supply to users of power system operating with unstable energy sources |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2286639C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460197C2 (en) * | 2007-03-09 | 2012-08-27 | Дженерал Электрик Компани | Uninterrupted power supply source (ups) with clean inputs, with quick-acting control of rectifier and increased service life of accumulator battery |
| RU2721171C1 (en) * | 2017-01-25 | 2020-05-18 | Воббен Пропертиз Гмбх | Electric alternating current supply method |
| RU226417U1 (en) * | 2024-02-25 | 2024-06-04 | Андрей Алексеевич Тельнов | Voltage inverter control device with phase-locked loop switching frequency and asymmetric pulse-width modulation of control signals |
-
2005
- 2005-05-05 RU RU2005113576/09A patent/RU2286639C1/en active IP Right Revival
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460197C2 (en) * | 2007-03-09 | 2012-08-27 | Дженерал Электрик Компани | Uninterrupted power supply source (ups) with clean inputs, with quick-acting control of rectifier and increased service life of accumulator battery |
| RU2721171C1 (en) * | 2017-01-25 | 2020-05-18 | Воббен Пропертиз Гмбх | Electric alternating current supply method |
| US11159083B2 (en) | 2017-01-25 | 2021-10-26 | Wobben Properties Gmbh | Method for feeding in an electrical alternating current |
| RU226417U1 (en) * | 2024-02-25 | 2024-06-04 | Андрей Алексеевич Тельнов | Voltage inverter control device with phase-locked loop switching frequency and asymmetric pulse-width modulation of control signals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Serban et al. | Microgrid control based on a grid-forming inverter operating as virtual synchronous generator with enhanced dynamic response capability | |
| US10707782B2 (en) | Bi-directional energy converter with multiple DC sources | |
| Bekiarov et al. | Uninterruptible power supplies: classification, operation, dynamics, and control | |
| US10079558B2 (en) | Switching scheme for static synchronous compensators using cascaded H-bridge converters | |
| Bajestan et al. | Control of a new stand-alone wind turbine-based variable speed permanent magnet synchronous generator using quasi-Z-source inverter | |
| JP2020520226A (en) | Hybrid energy storage system | |
| Dragičević et al. | Super-high bandwidth secondary control of ac microgrids | |
| Kim et al. | Transformerless three-phase on-line UPS with high performance | |
| Ismail et al. | A multi-objective control scheme of a voltage source converter with battery–supercapacitor energy storage system used for power quality improvement | |
| EP3659248A1 (en) | Switching scheme for static synchronous compensators using cascaded h-bridge converters | |
| RU2286639C1 (en) | Method for no-break power supply to users of power system operating with unstable energy sources | |
| Jou et al. | Novel line-interactive uninterruptible power supply | |
| Ramachandran et al. | Solar photovoltaic interfaced quasi impedance source network based static compensator for voltage and frequency control in the wind energy system | |
| Jadeja et al. | Power quality issues and mitigation techniques in microgrid | |
| Nasiri et al. | Uninterruptible power supplies | |
| Park et al. | Second order harmonics reduction technique using model predictive control for household energy storage systems | |
| Buticchi et al. | Current and Voltage Model Predictive Control for a Three-Stage Smart Transformer | |
| Wu et al. | Inductor-current proportional-derivative feedback active damping for voltage-controlled VSCs | |
| Lei et al. | A universal droop-based control strategy for single-phase two-stage PV inverters | |
| Liu et al. | Power-based droop control suppressing the effect of bus voltage harmonics for dc microgrids | |
| JP2006311725A (en) | Controller for power converter | |
| Miura et al. | Virtual Synchronous Machine Control Applied to Solid State Transformer | |
| Farooqi et al. | Modified MPC approach to single-phase two-stage AC-DC converter for reduced dc-link capacitance | |
| Gargoom et al. | Voltage and frequency stabilization using PI-like fuzzy controller for the load side converters of the stand alone wind energy systems | |
| JPS605779A (en) | Control power source circuit of inverter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160506 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170911 |